最近有很多网友都想知道关于年速度什么意思的答案。还有朋友想了解年距增减速度。对此,碳百科准备了相关的教程,希望能给你带来帮助。
宇宙一直盘踞在高空,无论白昼还是黑夜,它们始终沉默地俯视着世间万物大地苍生,我们敬畏它们,也好奇这个壮阔宏伟的星辰大海。因此我们仰望、我们探索、我们理解。而今科技的发展为我们探索宇宙插上了翅膀,宇宙的“众妙之门”正在向我们打开。
我们知道光的传播速度是3X10^8m/s,是自然界最快的运动速度,因此为了将宇宙中星系之间的距离格式化,于是我们就以光在真空中行走一年的速度定义为宇宙的长度单位,称之为光年。那么今天的问题来了,光走一光年的距离真就要花一年吗?
什么是光年
光年,有“年”字听起来像是个时间单位,然而这是个货真价实的长度单位,是测量宇宙间天体距离的。因为宇宙间天体距离十分遥远,用千米为单位计算十分的麻烦,光是写数字的纸张就能堆满一箱子,因此为了便于计算光年这个单位就应运而生了。那么光年这个单位是什么时候开始使用的呢?
17世纪以前,科学家们认为光的传播是不需要时间的,光是瞬时的。直到1676年丹麦科学家O.C.罗默首先提出光的传播需要时间的设想。因为早前他在探测木卫一躲到木星的另一面的时间间隔是变化的,因此他猜想光的传播需要时间,才导致每次木星掩卫的间隔时间不同。但是当时的他人微言轻,所以他的观点并不为主流认可。18世纪,科学技术的进步。
推动天文事业的发展,天文学家们观测的现象越多,主流学界开始认可光是有传播速度的19世纪上半叶,德国天文学家率先发明并使用“光年”,作为天文学上测量单位。光年,从此登上了天文学的舞台。
光年,指的是光在真空行走一年的距离。那么光年有多长呢?光在真空中,一秒行走3X10^8米,换算下来就是30万公里,一年是365天,二者相乘,一光年就是9.46万亿公里。地球上最快的飞机速度是1万1260公里/小时,换算下来要飞越一光年的距离要耗费9万5800年。假如用常见的客机来飞越一光年的距离则需要用122万年。即使是用目前最快的宇宙飞船朱诺号(26万5000公里/小时),要飞越一光年需花费4073年的时间。4000多年的时间,够人类再一次进化了。由此可见,宇宙之庞大,需要用光年这样的长度单位来计算星系距离。
那么光走一光年的距离真的需要花费一年的时间吗?
钟慢效应告诉你,光真的不用走一年
按我们的理解,光年是光在真空中行进一年的距离,但实际上宇宙并非是真空的,宇宙中存在着众多的天体、宇宙尘埃、陨石等等物体,光在行进过程中并非是一帆风顺,一个不小心就要变换路线。
其次,宇宙并非一成不变,宇宙一直在膨胀,并且离我们越远的星系远离我们的速度越快,我们所看见的宇宙都是过去的记忆。宇宙一直膨胀,虽然对光的传播速度影响有限,但须知九层之台,起于累土,积少成多还是对光的行走速度有所拖累。因此,在我们看来光走一年的时间是不够的。但这是从人类角度来看的,就飞驰在宇宙中的光而言,走完一光年的距离不过是一瞬间的事。为什么这么说呢?这就要说到爱因斯坦的相对论了。
在爱因斯坦的相对论中,时间与空间是不可分割的整体,一起组成了时空这个维度,使我们的空间变成四维空间。既然时空是不可分割的整体,那么物体的运动速度变得越来越快的时候,它周围的时间就会变得越来越慢。这叫做钟慢效应,也称之为时间膨胀,是物理学中的现象。
为了验证钟慢效应,科学家们做了无数的实验。他们把两个铯原子钟分别放在两架向西和向东的客机上,和美国海军天文台的时钟对比。最后发现这两个时钟都比天文台的钟慢,证实速度越快,时间走得越慢。因此当光以光速(真空中的最高速度)前进时,时间就像静止了一样,因此飞行一光年,对于光来说就是一瞬间的事。
但事实上宇宙中并不存在以光速运动的物体,因为在运动过程中物体的质量会随着速度的增加而增加,当物体的速度到达光速时,本身的质量将达到无穷大。而宇宙中并不存在无穷大的能量,退一步说,即使有也不可能用在一个物体身上。因此,任何质量为0的物体,其速度是无法达到光速的。而光量子,作为光的最基本单位,从出生起就在以光速运动,所谓的速度与质量的限制也就不存在了。
相对论告诉我们,时间的流逝在不同参考系中是不一样的。比如说一对孪生兄弟,哥哥在宇宙飞船中执行任务,弟弟还留在地球上,当宇航员飞行一年回来之后,发现地球已经过了好几年,弟弟也老了很多。这就是因为太空与地球时间流速的不同。飞行速度越快,时间流逝得越慢。因此,生活在宇宙空间站的人们要将时间调整为地球时间。
由于时间的相对,所以一光年的距离对于光就只是一瞬间,只不过人类为了好计算,从我们的角度人为的将其规定为光走一光年需要1年的时间。不过由于光具有波粒二象,所以光具有波的质,在不同介质中传播速度不同,在水中的速度比真空中要慢,因此走一光年要花更长的时间。
既然存在时间的相对,那科幻小说中的星际穿梭就成为不可能了吗?以目前来看确实不可能。因为存在光速质量无限大和时间不同步问题。即使当我们的飞船克服了光速问题,但是当我们飞行一周之后,回来就可能发现星球已经毁灭或者正在步入衰竭期。因此就目前而言,这还只能停留在小说幻想层面。
和光年一样的宇宙单位有哪些?
天文单位,指的是地球到太阳的平均距离,缩写符号是AU,1AU等于149,597,870.7公里。2012年在第28届国际天文学大会上正式使用。光秒,一个从光速不变理论延伸出的天文单位,一光秒等于299,792,458米。秒差距,用于测量太阳系以外的天体之间的长度,同在28届大会上确立,其数值为3.08567758149137×1016米。